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RC4加密算法简介

RC4是由Ron Rivest于1987年设计的一种流加密算法。它通过伪随机数生成器生成密钥流，并将该密钥流与明文进行异或运算来完成加密和解密。

RC4的加密流程

RC4主要包含两个阶段：

1. 密钥调度算法 (Key Scheduling Algorithm, KSA)：

   • 初始化一个长度为256字节的S盒（S-Box）。
   • 使用密钥对S盒进行排列和打乱。

2. 伪随机数生成算法 (Pseudo-Random Generation Algorithm, PRGA)：

   • 利用S盒生成伪随机数流，然后将该随机数流与明文进行异或运算，从而得到密文。

标准C代码实现

以下是RC4加密和解密的标准C代码实现：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>#define N 256  // S-Box长度// RC4密钥调度算法（KSA）
void rc4_ksa(uint8_t *key, int key_len, uint8_t *S) {int i, j = 0;uint8_t temp;// 初始化S-Boxfor (i = 0; i < N; i++) {S[i] = i;}// 使用密钥打乱S-Boxfor (i = 0; i < N; i++) {j = (j + S[i] + key[i % key_len]) % N;// 交换S[i]和S[j]temp = S[i];S[i] = S[j];S[j] = temp;}
}// RC4伪随机数生成算法（PRGA）
void rc4_prga(uint8_t *S, uint8_t *data, int data_len) {int i = 0, j = 0, k;uint8_t temp;for (k = 0; k < data_len; k++) {i = (i + 1) % N;j = (j + S[i]) % N;// 交换S[i]和S[j]temp = S[i];S[i] = S[j];S[j] = temp;// 生成密钥流字节并与数据异或data[k] ^= S[(S[i] + S[j]) % N];}
}// RC4加密/解密函数
void rc4_encrypt_decrypt(uint8_t *key, int key_len, uint8_t *data, int data_len) {uint8_t S[N];// 执行KSA初始化S-Boxrc4_ksa(key, key_len, S);// 执行PRGA加密/解密rc4_prga(S, data, data_len);
}// 示例主函数
int main() {// 示例密钥uint8_t key[] = "secretkey";int key_len = strlen((char *)key);// 示例数据（明文）uint8_t data[] = "Hello, RC4!";int data_len = strlen((char *)data);printf("原始数据: %s\n", data);// 加密rc4_encrypt_decrypt(key, key_len, data, data_len);printf("加密后: ");for (int i = 0; i < data_len; i++) {printf("%02X ", data[i]);}printf("\n");// 解密rc4_encrypt_decrypt(key, key_len, data, data_len);printf("解密后: %s\n", data);return 0;
}

代码解析

1. KSA（密钥调度算法）：

   • 用于初始化并打乱长度为256的S盒（S-Box）。
   • 通过密钥不断地对S盒中的元素进行交换。

2. PRGA（伪随机数生成算法）：

   • 生成伪随机数流，并与明文或密文逐字节异或。
   • 该过程与加密和解密过程相同，只需执行一次PRGA即可完成加解密。

3. 加密和解密：

   • RC4的加密和解密过程是完全对称的。将密文再次通过RC4加密即可还原成原始明文。

示例输出

原始数据: Hello, RC4!
加密后: A1 3C 7F 45 8B 1E 5F 28 94 2E 5D 
解密后: Hello, RC4!

特征片段

temp = S[i];  
S[i] = S[j];  
S[j] = temp;